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Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Wärmeaustauschern (Heiz-oder Kühl- vorrichtungen), z. B. Radiatoren, bei welchen das äussere (zu heizende oder abzukühlende) Medium, z. B. Luft, entlang der äusseren Flächen der Vorrichtung strömt, während das innere Medium (z. B.
Warmwasser) durch ein Rohrsystem in Umlauf gehalten wird, welches gewöhnlich aus Verteilerrohren und diese zusammenfassenden Sammelrohren besteht. Zwischen den Verteilerrohren pflegt man zweckmässig noch besondere Wärmeaustauschflächen, z. B. Rippen oder Flossen, oder die Zwischenräume zwischen den Rohren überbrückende Platten vorzusehen. Als Wärmeaustauschflächen dieser Art wurden bereits mit Durchbrechungen oder Lochgruppen versehene Platten vorgeschlagen, durch welche eine sehr günstige Wärmeabgabe erzielt werden kann. Die Wärmeabgabe ist nämlich um so günstiger, je grösser sich der auf die Heizfläche berechnete Durchschnitt des nützlichen Temperaturunterschiedes zwischen Heizkörper und Luft gestaltet.
Bei durch vollen Platten gebildeten Wärmeaustauschflächen strömt je ein Anteil der Luft entlang der Plattenteile parallel zu denselben, wobei die Luft einesteils stärker erwärmt wird, was mit einer Abnahme des erwähnten nützlichen durchschnittlichen Temperaturunterschiedes verbunden ist ; andernteils entsteht entlang der Fläche, zumal die Luft gezwungen ist, auf einem längeren Wege zu strömen, eine an die Wärmeaustauschfläehe anhaftende, isolierende Luftschicht (Prandtl'sehe Grenzschicht), die nach Massgabe der Länge der Wärmeaustauschfläehe stärker wird und die Wärmeübergangszahl bedeutend verringert.
Werden dagegen die oben erwähnten, mit Durchbrechungen versehenen Wärmeaustausehfläehen verwendet, so strömt das äussere Medium, z. B. Luft, nicht parallel zu den Wärmeaustausehflächen, sondern senkrecht oder nahezu senkrecht zu denselben, in welcher Richtung die Heizflächen eine ganz geringe Abmessung besitzen (Plattenstärke), so dass das äussere Medium die Flächenteile bereits nach einer Berührung auf einem ganz gerirgen Wege verlässt, was für die Wärmeabgabe viel günstiger ist, da einesteils jeder Teil der Wärmeaustauschplatte durch noch nicht erhitzte Luft berührt wird und somit ein verhältnismässig grosser Temperaturunterschied besteht ; andersteils kann sich auf dem kurzen Strömungsweg eine stärkere isolierende Luftschicht nicht ausbilden.
Trotz dieser vom Gesichtspunkte des Wärmeaustausches grundsätzlich richtigen Vorschläge ist die Herstellung derartiger, Verteilerrohre, Sammelrohre und durchbrochene Wärmeaustauschplatten umfassender Wärmeaustauscher in manchen Fällen umständlich und kostspielig. Insbesondere ist die Sicherung einer gut wärmeleitenden, d. h. metallischen Berührung zwischen den durchbrochenen Wärmeaustauschflächen und den das innere Medium führenden Rohren mit Schwierigkeiten und verhältnismässig hohen Kosten verbunden, da die durchbrochenen Platten im allgemeinen durch Löten, Schweissen, Überziehen in einem warmen Metallbad oder durch galvanisches Überziehen an den Rohren zu befestigen sind.
Im Sinne der Erfindung werden alle diese Schwierigkeiten und Kosten in der Weise vermieden, oder zumindest bedeutend verringert, dass die das innere Medium führenden Rohre, gegebenenfalls sogar auch deren Sammelrohre durch ein eigenartiges, zur Massenfabrikation geeignetes Verfahrens ganz oder teilweise aus einem Stück mit der durchbrochenen Wärmeaustauschplatte oder-platten hergestellt werden.
Das Verfahren gemäss der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, dass zur Erzeugung der Wärme- austauschflächen und der mit diesen aus einem Stück herzustellenden Verteilerrohre für das innere Medium von einem einzigen Block ausgegangen wird, in welchem an den für die Verteilerrohre bestimmten
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Stellen Löcher hergestellt werden, worauf der Block zu einer Platte von der gewünschten Stärke ausgewalzt wird, die flachgedrückte Löcher wieder erweitert und in den Feldern zwischen den Löchern die Durchbrechungen der Wärmeaustauschflächen hergestellt werden.
Gemäss einer vorteilhaften weiteren Ausbildung des Verfahrens, durch welches sowohl die das innere Medium führenden Rohre oder Kanäle, als auch deren Sammelrohre oder-kanäle aus einem Stück mit der durchbrochenen Platte hergestellt werden können, wird derart vorgegangen, dass an jeder der die Mündungen der Löcher begrenzenden Seiten des Blockes je ein Einschnitt hergestellt und nach erfolgtem Auswalzen des Blockes die an zwei einander gegenüberliegenden Rändern der Platte infolge der Einschnitte entstehenden Lappenpaare miteinander zu Sammelrohren vereinigt werden.
Zufolge des Verfahrens gemäss der Erfindung sind die eine Vorbedingung für die richtige Wirkung des Wärmeaustauschers bildenden metallischen Berührungen in einfacher Weise, ohne jede fehlerhafte Herstellungsmöglichkeit, in der überhaupt möglichen sicherste Form schon im vorhinein, von selbst gegeben und somit erübrigt es sieh für die metallische Verbindung der Bestandteile besonders zu sorgen.
Ausserdem wird infolge des Umstandes, dass die das innere Medium führenden Rohre und gegebenenfalls deren Sammelrohre nicht besonders hergestellt oder beschafft und mit der durchbrochenen Platte verbunden werden müssen, ausser der bedeutenden Ersparnis an Arbeitskosten auch eine erhebliche Materialersparnis erreicht. Mithin besitzt der gemäss der Erfindung hergestellte Wärmeaustauscher einesteils eine sehr zuverlässige Wirkung und kann andernteils auch verhältnismässig sehr billig hergestellt werden.
In der Zeichnung sind ein Teil eines im Sinne des erfindungsgemässen Verfahrens herzustellenden Wärmeaustauschers, sowie verschiedene Massnahmen des Verfahrens bzw. der weiteren Ausbildung derselben schematisch veranschaulicht, Fig. 1 zeigt eine teilweise Seitenansicht und Fig. 2 einen lotrechten Querschnitt des Wärmeaustauschers, Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Blockes, in welchem an den Stellen der Verteilerrohre für das innere Medium Bohrungen hergestellt wurden.
Fig. 4,5 und 6 veranschaulichen durch einfache schematische Linien weitere Abschnitte des Verfahrens.
Fig. 7 zeigt eine Einzelheit in grösserem Massstabe zur Veranschaulichung der Herstellung der Sammelrohre.
In Fig. 1 und 2 sind mit 1 a die durchbrochenen Felder der Wärmeaustauschplatten, mit 2 a die Verteilerrohre für das innere Medium, mit 3 a die oberen und mit 3 b die unteren Sammelrohre und schliesslich mit 6 die unten beschriebenen Ränder der Sammelrohre bezeichnet.
Zur Herstellung dieses Wärmeaustauschers wird nach Fig. 3 von einem einzigen Block, z. B. einem Ingot 1 ausgegangen, also für die Herstellung des ganzen Heizkörpers ein einziges Werkstück verwendet.
In diesem Block 1 werden an den Stellen der zum Umlauf des inneren Mediums bestimmten Verteilerrohre 2 a (Fig. 1) Löcher 2 (Fig. 3), ferner an jeder der die Mündungen und Löcher 2 begrenzenden Seiten des Blockes 1 je ein Einschnitt 3 hergestellt. Der in dieser Weise vorbereitete Block wird zu einer in Fig. 4 in übertriebenem Massstabe schematisch veranschaulichten Platte 1 a ausgewalzt, wobei die Löcher 2, wie bei 2'angedeutet, flachgedrückt werden. Jeder der einander gegenüberliegenden Ränder der Platte 1 a besteht nach erfolgtem Auswalzen infolge der Einschnitte 3, wie in Fig. 5 für das eine Ende der Platte 1 a veranschaulicht, aus zwei getrennten Lappen 5 mit einem Zwischenraum 3'.
Die während des Walzvorganges flachgedrückte Löcher 2 werden durch beliebige Mittel (z. B.
Erweiterungsstangen oder Dorne) zweckmässig, wie in Fig. 6 bei 2 a angedeutet, in eine Form von kreisförmigem Querschnitt erweitert und schliesslich an den zwischen den Rohren 2 a befindlichen Feldern die Durchbrechungen 1 a (Fig. 1) der Wärmeaustauschplatten hergestellt (ausgestanzt).
Erfahrungsgemäss haften die Wandteile der Rohre 2 a während des Walzvorganges nach Fig. 4, falls das Walzen bei nicht zu hoher Temperatur ausgeführt wird, nur dermassen aneinander, dass sie in der erwähnten Weise ungehindert auseinander gespreizt werden können ; übrigens kann im Bedarfsfalle eine Verschmelzung der die erwähnten Löcher oder Bohrungen 2 begrenzenden Flächenteile durch Überziehen oder Bestreuen mit einem an und für sich bekannten Schutzstoff sicher verhindert werden.
Die Lappen 5 werden, wie in Fig. 7 bei 5 a veranschaulicht, zu einer Röhrenform gebogen und dadurch, z. B. das obere Sammelrohr 3 a (Fig. 1 und 7) gebildet, so zwar, dass gleichzeitig die Endteile der Verteilerrohre 2 a auf eine dem Sammelrohr 3 a entsprechende Form gebogen, am äussersten Ende
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rohr 3 b (Fig. 1) hergestellt.
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Method of manufacturing a heat exchanger.
The invention relates to a method for producing heat exchangers (heating or cooling devices), e.g. B. radiators in which the external medium (to be heated or cooled), e.g. B. air, flows along the outer surfaces of the device, while the inner medium (e.g.
Hot water) is kept in circulation through a pipe system, which usually consists of distribution pipes and collecting pipes that combine them. Between the manifolds, it is advisable to maintain special heat exchange surfaces, e.g. B. ribs or fins, or to provide the spaces between the tubes bridging plates. Plates provided with perforations or groups of holes have already been proposed as heat exchange surfaces of this type, by means of which very favorable heat dissipation can be achieved. The heat dissipation is the more favorable, the greater the average of the useful temperature difference between the radiator and the air calculated on the heating surface.
In the case of heat exchange surfaces formed by full plates, a portion of the air flows along the plate parts parallel to the same, with the air being heated on the one hand to a greater extent, which is associated with a decrease in the useful average temperature difference mentioned; on the other hand, an insulating layer of air adhering to the heat exchange surface (Prandtl's boundary layer) arises along the surface, especially since the air is forced to flow on a longer path, which becomes stronger depending on the length of the heat exchange surface and significantly reduces the heat transfer coefficient.
If, on the other hand, the above-mentioned, perforated heat exchange surfaces are used, the external medium flows, e.g. B. air, not parallel to the heat exchange surfaces, but perpendicular or almost perpendicular to them, in which direction the heating surfaces have a very small dimension (plate thickness), so that the external medium leaves the surface parts on a very narrow path after contact, which is much more favorable for the heat emission, since on the one hand every part of the heat exchange plate is touched by not yet heated air and thus there is a relatively large temperature difference; on the other hand, a stronger insulating layer of air cannot form on the short flow path.
Despite these proposals, which are fundamentally correct from the point of view of the heat exchange, the production of such heat exchangers comprising distributor pipes, manifolds and perforated heat exchange plates is in some cases cumbersome and expensive. In particular, it is important to secure a highly thermally conductive, i. H. Metallic contact between the perforated heat exchange surfaces and the tubes carrying the inner medium is associated with difficulties and relatively high costs, since the perforated plates are generally to be attached to the tubes by soldering, welding, coating in a warm metal bath or by galvanic coating.
In the context of the invention, all of these difficulties and costs are avoided, or at least significantly reduced, that the pipes carrying the inner medium, possibly even their header pipes, are wholly or partially made from one piece with the perforated through a peculiar process suitable for mass production Heat exchange plate or plates are produced.
The method according to the invention is characterized in that in order to generate the heat exchange surfaces and the distributor pipes for the inner medium which are to be produced in one piece with them, a single block is used as the basis in which the one intended for the distributor pipes
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Make holes, after which the block is rolled out into a plate of the desired thickness, the flattened holes are expanded again and the perforations of the heat exchange surfaces are made in the fields between the holes.
According to an advantageous further embodiment of the method, by which both the pipes or channels carrying the inner medium and their collecting pipes or channels can be produced from one piece with the perforated plate, the procedure is that at each of the openings of the holes delimiting sides of the block each made an incision and after the block has been rolled out, the pairs of flaps arising on two opposite edges of the plate as a result of the incisions are combined with one another to form collecting pipes.
As a result of the method according to the invention, the metallic contacts forming a precondition for the correct operation of the heat exchanger are given by themselves in a simple manner, without any faulty manufacturing possibility, in the safest form possible at all, and thus there is no need for the metallic connection to take special care of the components.
In addition, as a result of the fact that the pipes carrying the inner medium and possibly their collecting pipes do not have to be specially manufactured or procured and connected to the perforated plate, in addition to the significant saving in labor costs, a considerable saving in material is also achieved. The heat exchanger produced according to the invention therefore has, on the one hand, a very reliable effect and, on the other hand, can also be produced relatively cheaply.
In the drawing, part of a heat exchanger to be produced in the sense of the method according to the invention, as well as various measures of the method or the further development thereof are schematically illustrated, FIG. 1 shows a partial side view and FIG. 2 shows a vertical cross section of the heat exchanger, FIG Perspective view of the block in which bores were made at the points of the distribution pipes for the inner medium.
4, 5 and 6 illustrate further sections of the method by simple schematic lines.
7 shows a detail on a larger scale to illustrate the manufacture of the header pipes.
In Fig. 1 and 2, the perforated fields of the heat exchange plates are designated with 1 a, the manifold pipes for the inner medium with 2 a, the upper and lower manifolds with 3 b and finally with 6 the edges of the manifolds described below.
To produce this heat exchanger is shown in Fig. 3 of a single block, for. B. assumed an ingot 1, so a single workpiece is used for the manufacture of the entire radiator.
In this block 1, holes 2 (Fig. 3) are made at the points of the distribution pipes 2 a (Fig. 1) intended for the circulation of the inner medium, and also a notch 3 is made on each of the sides of the block 1 delimiting the mouths and holes 2 . The block prepared in this way is rolled out into a plate 1a, which is schematically illustrated in an exaggerated scale in FIG. 4, the holes 2 being pressed flat, as indicated at 2 '. Each of the opposite edges of the plate 1 a consists after rolling out due to the incisions 3, as illustrated in Fig. 5 for one end of the plate 1 a, of two separate flaps 5 with a gap 3 '.
The holes 2 that are flattened during the rolling process are made by any means (e.g.
Extension rods or mandrels) expediently, as indicated in Fig. 6 at 2 a, expanded into a shape of circular cross-section and finally the openings 1 a (Fig. 1) of the heat exchange plates made (punched) in the fields between the tubes 2 a.
Experience has shown that the wall parts of the tubes 2a adhere during the rolling process according to FIG. 4, if the rolling is carried out at a temperature that is not too high, only to such an extent that they can be spread apart unhindered in the aforementioned manner; Moreover, if necessary, a fusion of the surface parts delimiting the mentioned holes or bores 2 can be reliably prevented by covering or sprinkling with a protective substance known per se.
The tabs 5 are, as illustrated in Fig. 7 at 5 a, bent into a tubular shape and thereby, for. B. the upper manifold 3 a (Fig. 1 and 7) formed so that at the same time the end parts of the manifold 2 a bent to a shape corresponding to the manifold 3 a, at the outermost end
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tube 3 b (Fig. 1) made.
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